JP2009512470A - 視力矯正支援システム - Google Patents

Abstract

本発明は、視力矯正度を判定するのを助けるために用いられるシステムに関する。本発明のシステムは、所定の視軸に沿って被験者の顔面のアニメ化画像を撮ることができるカメラと、カメラで撮影された画像を表示する表示装置と、頭に固定された仕方で被験者によって装用でき、複数の目視基準マークを備えた付属器具と、目視基準マークを形成すると共にカメラと関連して少なくとも２つの定められた領域を覆うことができる手段と、被験者が自分の見ている方向に動くときの被験者の目視挙動と関連した情報を把握するために、カメラで撮られた画像中の目視基準マークの位置を分析してこれから被験者が目視標的を見ているときの付属器具の位置及び空間的向き、従って被験者の頭の位置及び空間的向きを導き出すことができる画像分析手段との組合せを有することを特徴とする。

Description

開示の内容

本発明は、一般に、人が装用することが必要な矯正用レンズ又はオフサルミックレンズの光学特性を最適化する目的で人の習慣的な視覚的動作を分析することに関する。

装用者の目の瞳孔とフレーム（枠）の相対位置に関してフレームに嵌め込まれているレンズの位置を最適化するようになった多くのシステムが既に知られている。この目的のため、フレームを装用した人の顔面の固定又はアニメ化画像をカメラで撮影し、目の位置及びフレームの位置決め具合を検出する。

特に、本出願人名義の特許文献である仏国特許出願公開第２８６０８８７（Ａ）号明細書は、固定カメラの前を動く装用者の顔面の一連のアニメ化画像から、顔面がカメラと最も良く整列した基準画像を定めて目とフレームの最善のデフィニションを提供するシステムを開示している。

他のシステムは、例えば、フレームの虚像上に人の顔面の実像を重ね合わせることにより種々の形態のフレームをシミュレートすることを説明している。

それと同時に、オフサルミックレンズの製造業者のある者は現在、眼球運動の変化の際に人の習慣的な動きを調べることにより特にいわゆる多焦点レンズに関しオフサルミックレンズの設計を最適化しようとしている。

例えば、読書の際、人は、頭よりも目を動かすことにより一行の印字を辿る場合があり又は、これとは逆に目よりも頭を動かす場合がある。

人のこれら習慣的な動作は、有利には、レンズの設計を決定し、特に、遠見視力及び近見視力のためにこれらの部分の幅を定める。

習慣的な光学的動作の第１の指標を与えるために市場で入手できる機材の一品目は、目の上で人によって装用され、アクティブな基準マークを備えると共にワイヤレス送受信手段を有するボックスを備えた付属器具を有するように思われ、かかるワイヤレス送受信手段は、かかる基準マークの方に送られ、そしてこれら基準マークによって戻される信号に基づいて、かかる装用人が左側及び右側に側方に互い違いに配列された固定点を見たときにその装用者の頭の位置を判定することができる。

このシステムは、人が側方視運動の際に目を動かす傾向を持っているかどうか、そうではなくて頭を動かす傾向を持っているかどうかを大まかに推定することができる。

本発明は、特にフレームへのレンズの嵌め込みを最適化するためにビデオ技術の利点を維持しながら人の眼球運動の習慣を突き止め又は種々のタイプの仮想フレームをコンピュータ画像技術又は他の技術等によって人の顔面の実像上に重ね合わせた状態で人が自分を見ることができるように使用できるシステムを提案しようとするものである。

この目的のため、本発明は、視力矯正度の判定を助けるシステムにおいて、
−所定の視線に沿って人の顔面のアニメ化画像を撮影することができるカメラと、
−カメラによって撮影された画像を表示する表示装置と、
−人の頭に固定的に装用可能であり、複数の目視基準マークを備えた付属器具と、
−カメラに対して少なくとも２つの定められた領域を覆うことができる目視標的を形成する手段と、
−人が目視標的の方を見ているときにカメラによって撮影された画像中の目視基準マークの位置を分析し、その結果、空間内における付属器具の位置及び向き、それ故に、空間内における人の頭の位置及び向きを推定して目視眼球運動中、人の習慣的な視覚的動作に関するデータを推測できるようにする画像分析手段との組み合わせを有することを特徴とするシステムを提案する。

このシステムの幾つかの好ましいけれども非限定的な特徴は、次の通りである。
・目視標的を形成する手段は、カメラの視線を撮影する垂直平面の左及び右に位置決めされた２つの局所目視標的を含む。
・目視標的を形成する手段は、少なくとも１本の全体として水平な線を含む。
・目視標的を形成する手段は、印刷文書を含む。
・光源が、印刷文書と関連し又はこの中に組み込まれている。
・目視標的を形成する手段は、垂直方向に互いに間隔を置いて設けられた２つの標的を含む。
・垂直方向に互いに間隔を置いて設けられた標的のうちの一方は、実質的にカメラの高さ位置に位置決めされ、他方の標的は、カメラの下に位置決めされる。
・システムは、少なくとも１つの標的を動かす手段を有する。
・システムは、カメラを垂直に動かし、その視線をローアングルに差し向ける手段を有する。
・システムは、少なくとも１つの標的をカメラと共に垂直に動かす手段を有する。
・画像分析手段は、眼球を１つの標的から別の標的に動かす際の頭の回転状態を判定することができ、システムは、頭の回転運動及びカメラに対する標的の位置に関する情報並びに眼球運動に関するデータを推定し、それにより眼球運動中における人の頭の運動と眼球運動との間の分布状態を得るための計算手段を有する。
・画像分析手段及び計算手段は、人が標的を見ているときにデータを静的に作成することができる。
・画像分析手段及び計算手段は、人が眼球運動を変化させている間、データを動的に作成することができる。
・画像分析手段及び計算手段は、人が眼球を標的の方に動かすようになると、データを動的に作成することができる。
・システムは、同一の状況で測定された付属器具の幾つかの位置の平均を計算する手段を有する。
・画像分析手段は、人の頭の基準位置を定めることも可能であり、基準位置では、付属器具は、カメラの視線に平行な垂直平面に関して全体として対称の位置を取る。
・付属器具の目視基準マークは、明確に定められた色の局所領域であり、画像分析手段は、比色フィルタリング手段を含む。

本発明の他の特徴、目的及び利点は、添付の図面を参照して非限定的な例として与えられる本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読むと、一層良く明らかになろう。

図面を参照すると、眼鏡レンズ又はオフサルミックレンズを設計する目的で、視力矯正の判定を支援するシステムが示されている。このシステムは、フレーム１０を有し、このフレームの上方領域は、カラーフィルム記録型カメラ１２及びカラーディスプレイスクリーン１４、例えばＣＲＴ（陰極線管）又は液晶ディスプレイを有している。

図２は、カメラ１２がそれ自体公知の仕方でビデオ収集カード１３を介して中央装置１１にリンクされていることを具体的に示している。中央装置１１は、図示していないが、これ又それ自体知られているビデオ出力回路を介してスクリーン１４を作動させる。

キーパッド１６及び任意他の入力装置、例えば図示されていないマウス等が、以下に詳細に説明するようにシステムに指令を出すために用いられる。

システムは、フレームの各側に側方に位置決めされた２つの目視標的２１，２２を更に有しており、これら目視標的は、以下に詳細に説明するようにオペレータにより与えられた命令により人によって視認されるようになっている。これら標的は、目で見て明確に識別可能であり且つ明確に定められた位置に配置され又はカメラ１２の視線に対して確認できる領域であるのが良い。

システムは、図３に詳細に示されているように個人Ｓの頭に固定されるようになった付属器具を更に有している。

例えば透明なプラスチック材料で作られたこの付属器具３０は、２つの側アーム３３，３４を備えた水平に細長い本体３２を有し、側アーム３３，３４も又、本体に対して後ろに向かって実質的に直角に且つ水平に延びている。本体３２は、下縁部に沿って、２つの小さなクリップ３５，３６を有し、これらクリップは、人Ｓによって装用された２つの眼鏡レンズの上縁部に沿って（又はフレーム上に）引っ掛かるようになっており、アーム３３，３４は、場合によっては、フレームのアームにかぶさる図示していない装置を更に支持する。

このように、人が非常に安定した位置で眼鏡（矯正用のフレーム又は光学的に中立なフレーム、或いはそれどころかレンズ無しフレーム）をいったん掛けると上述の付属器具３０は、個人の頭に対して明確に定められた位置を取る。

図３に示すように、付属器具３０は、或る特定の数のマーカ又は目視基準、この場合、明確に定められた色、例えば明るい緑色の且つ明確に定められた波長の８つの正方形領域４１〜４６を有し、２つの目視基準４１，４２は、アーム３３，３４のうち一方の明確に定められた互いに間隔を置く場所に設けられ、他の２つ４３，４４は、他方のアームにこれらと対称に設けられ、最後に、他の４つ４５〜４８は、本体に設けられている。

より正確に言えば、これら後者の基準マークに関し、付属器具の本体３２は、上方に突き出た部分３７を有し、この上方突出部分の付近には、基準マーク４５が設けられ、付属器具の本体３２は、前方に突き出た３８を更に有し、この前方突出部分の自由端のところには、基準マーク４６が設けられている。最後の２つのマーク４７，４８は、アーム３３，３４の開始箇所の近くのところで左側及び右側に位置している。

明らかなこととして、オプションとして一層多く設けられる場合のあるマーカの任意他の配置状態を、特に、与えられるべき種類の運動、優先順位分析、所望の精度及びマーカの数が少なすぎる場合且つ（或いは）これらの間隔が一様過ぎる場合に解決されるべき曖昧さと関連して使用できる。

中央装置１１は、好ましくは、適当なプログラミングを介してカメラ１２によって撮影された画像を分析する分析手段を有し、この分析手段は、
−カメラによって撮影された画像上の互いに異なる目視基準マークを識別するようになっており（側アームのうちの一方又は２つのアームの基準マークは、カメラによっては見えないことが念頭に置かれている）、この識別は、特に、目視基準マークの色に相当する波長に関して画像をフィルタに掛けることによって行われ、
−画像基準系に対する目に見える目視マークの各々の中心の座標を求めるようになっており、
−かかる座標に関連して好ましくは６つの考えられる自由度において頭の位置及び傾きを計算して可能な限り全ての頭の運動を統合するようになっている。

好ましくは、これらの計算は、例えば本出願人名義の仏国特許出願公開第２８６０８８７（Ａ）号明細書に従って当初定められた基準位置（「インライン位置」）に対して行われ、カメラ１２の視線の適当な高さは、あらかじめ手動で又は自動的に調節されている。これは、好ましくは、付属器具がカメラの視線に平行な垂直平面に対して全体として対称の位置を占める頭位置を突き止めることによって得られる。

したがって、上述のシステムの行う動作は、次の通りである。
顔面の基準位置を上述したようにいったん決めると、この基準位置における付属器具の目視基準マークの位置をメモリに記憶させる。次に、人は、左側の目視標的を見て、次に右側の目視標的を見るよう要求される。そのたびごとに、例えばキーパッド１６のキーを用いて命令をシステムに与えて画像中に位置する目視基準マークの現在の位置から個人の頭の現在の位置を計算するようにする。

明らかなこととして、人に与えられる要求は、動作習慣を分析するために大幅に異なる場合がある。具体的に言えば、個人は、左側の標的と右側の標的を交互に数回見ることが要求される場合がある。システムは、これらの動作中、カメラによって撮影される画像の順序をリアルタイム処理又は遅延処理する。システムは、例えば、これらの動作中における頭の平均位置（これは、基準位置として用いられることになる）、左側の標的２１を見たときの頭の平均位置及び、最後に、右側の標的２２を見たときの頭の平均位置を計算することができる。

詳細に説明すると、画像処理手段は、上述の命令時に撮影された画像中の目に見える目視基準マーク、主として、カメラに向いている可能性が多分にある４つの目視マーク４５〜４８の座標を突き止め、目視マークの特定の配置関係によって、又、主として三角点法による幾何学を利用したアルゴリズムを用いて、中央装置は、６つの自由度における基準位置に対する頭の位置及び向きの変化を突き止めることができるということは容易に理解されよう。

左側の標的を観察する場合と右側の標的を観察する場合の観察角の変化は、システムが、第１に、これら標的の位置を認識し、第２に、付属器具３０によって人の頭の位置を認識するということによって分かる。したがって、システムは、１つの標的から別の標的に視野を変化させたときの頭の運動の相対的重要性に関するデータを求めることができ、その結果、眼球運動の相対的重要性を推測することができる。このデータは、出力１８（表示装置、プリントアウト、レンズ製造機器等）に送られる。

上述の実施形態と組み合わせることができる本発明の別の実施形態では、システムは、特に人が上述の場合のように遠見視力（水平又は実質的に水平に見る状態）から近見視力（下方に見る状態）に交互に１回又は数回変えたときに頭の下方傾斜を測定するよう設計されているのが良い。

この場合、システムは、有利には、実質的にカメラの高さ位置に位置決めされた（例えば、このカメラに固定された）第１の目視標的及びカメラから下に或る特定の距離を置いたところ、例えば、数十センチメートル離れたところに位置決めされた第２の標的を有する。この第２の標的は、人が読むことを要求される文字が書かれている開かれた状態の本か１枚の紙かのいずれかであるのが良い。この場合、光源、例えば小さな電池式レフレクタをこの標的に関連付け又は一体化するのが有利であり、この光源は、特に角膜反射によって人の目の瞳孔の位置を画像分析によって検出し、オプションとして付属器具３０の位置、それ故に人の頭の位置の検出を容易にするために満足の行く品質の画像を得るよう人の顔面に差し向けられる。

有利には、カメラ及び標的を互いに独立して又は一緒に動かすために手動式又は電動式の手段が設けられ、カメラ及び第１の標的が、実質的に目の高さ位置に位置し、第２の標的が、カメラの下に所望の距離を置いたところに位置するようになる。

さらに好ましくは、第２の標的（代表的には、読まれるべき文字）が、フレーム１０の一部をなすガラス又は半透明な鏡の後ろに読書に適した角度をなして傾けられた状態で位置する構成にするのが良く、組立体は、カメラと一緒に垂直に動く。

この他の実施形態の一変形例によれば、第２の標的は、上述したように人の手で持つ単に本又は文書であるような構成にしても良く、この場合、人は、自然な読書位置を取る。この場合、第２の標的の正確な位置は、システムによって正確には分からない（カメラに対して定められていない位置）が、習慣的な光学的運動の信頼性のある分析を達成するために考えられる最善の定められた位置を与える任意の手段（本及び（又は）フレームに設けられる目視基準）を設けるのが良い。

この場合、システムは、カメラを下降させ、これをローアングルフィルム記録のために差し向けるのが有利であり、その結果、オプションとして、上述の光源と関連して、人の顔面の良好な画像をえることができ、特に良好な動的分析及び読書位置に達したときの眼球運動と頭の運動との良好な識別を行うことができる。

別の実施形態によれば、システムは、固定サイズの文書を読むときの人の習慣的動作を分析するよう設計されるのが良い。この場合、用いられるのは、第１の実施形態の目視標的２１，２２ではなく、テキストが印刷された文書（例えば、Ａ４フォーマットのシート紙）である。

この場合、互いに異なる目視標的を形成するのは、テキストの全体であり、テキストのサイズ（幾何学的サイズ）及びカメラに対するその位置（これらは少なくとも大まかには知られている）は、読むときに頭の運動と眼球運動の相対的重要性を上述の画像分析手段によって判定するために用いられる。

より詳細に説明すると、この場合、システムは、読書段階中に撮影された一連の画像を分析して特にシステムの計算力に応じて、上述の判定を動的に、リアルタイムで又は遅延して行う。

上述の例の場合と同様、この場合書面から成る標的は、システムの一部であるのが良く、この場合、好ましくは、フレームの中のガラスの後ろに位置し、角度に対して上方に動くことができ又は単に人の手で保持されても良い。

この場合も又、カメラは、ローアングルでフィルム記録して最も信頼性の高い画像分析を可能にする画像を得ることが好ましい。

明らかなこととして、本発明について多くの変形例を想到できる。

第１に、システムの種々のコンポーネントの物理的配置は、上述の配置とは大幅に異なっていても良い。例えば、半透明な鏡を備えた戻り光学システムによって、カメラの視線とスクリーンの軸線（スクリーンの中心の垂線）１４は、互いに合体し又は互いに近くに位置するようになっていても良く、したがって、人がスクリーンに向いているときに人が前からフィルム記録されるようになる。カメラ１２を、必要ならば、拡大等のために垂直運動の際に、しかしながら側方運動の場合にも電動方式で動かすことができる。

また、付属器具３０及びそれ故に人の頭の６つの自由度における位置及び向きを求めるために単純な画像分析により使用できる、同一の色又は互いに異なる色の任意他の目視基準構造を付属器具に追加することが可能である。

加うるに、本発明のシステムでは、習慣的な光学的運動の動的分析を行うことが可能である。具体的に言えば、人は、所与の経路、代表的には水平線（筆記の線又は単なる基準マーク）を高い又は低い速度で且つカメラによって連続的に撮影された画像の分析を介して視認するよう要求される場合があり、それにより、頭及び目がどのように動くかが動的に突き止められ、それにより多焦点レンズを設計しなければならない仕方に関するより詳細な情報が得られる。このプロセスを近見視力と遠見視力の両方について実施することができる。

最後に、本発明を、特に互いに異なるフレームモデルを表す種々のコンピュータ生成画像を人の顔面上に重ね合わせて付属器具３０によって占められた領域を再処理してこれが送られた画像中には見えないようにするために使用できる（特に、強くマーク付けされた着色状態がスクリーン上では望ましくない場合のある目視基準の再処理等）。

本発明のシステムの概略斜視図である。 本発明のシステムの種々の必須のコンポートのブロック図である。 本発明のシステムで用いられる付属器具の斜視図である。

Claims (17)

1. 視力矯正度の判定を助けるシステムにおいて、
   −所定の視線に沿って人の顔面のアニメ化画像を撮影することができるカメラと、
   −前記カメラによって撮影された前記画像を表示する表示装置と、
   −前記人の頭に固定的に装用可能であり、複数の目視基準マークを備えた付属器具と、
   −前記カメラに対して少なくとも２つの定められた領域を覆うことができる目視標的を形成する手段と、
   −前記人が目視標的の方を見ているときに前記カメラによって撮影された前記画像中の前記目視基準マークの位置を分析し、その結果、空間内における前記付属器具の位置及び向き、それ故に、空間内における前記人の頭の位置及び向きを推定して目視眼球運動中、前記人の習慣的な視覚的動作に関するデータを推測できるようにする画像分析手段との組み合わせを有する、システム。
2. 前記目視標的を形成する手段は、前記カメラの前記視線を撮影する垂直平面の左及び右に位置決めされた２つの局所目視標的を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記目視標的を形成する手段は、少なくとも１本の全体として水平な線を含む、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記目視標的を形成する手段は、印刷文書を含む、請求項２に記載のシステム。
5. 光源が、前記印刷文書と関連し又はこの中に組み込まれている、請求項４に記載のシステム。
6. 前記目視標的を形成する手段は、垂直方向に互いに間隔を置いて設けられた２つの標的を含む、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のシステム。
7. 前記垂直方向に互いに間隔を置いて設けられた標的のうちの一方は、実質的に前記カメラの高さ位置に位置決めされ、他方の前記標的は、前記カメラの下に位置決めされる、請求項６に記載のシステム。
8. 少なくとも１つの標的を動かす手段を有する、請求項１又は７に記載のシステム。
9. 前記カメラを垂直に動かし、その視線をローアングルに差し向ける手段を有する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つの標的を前記カメラと共に垂直に動かす手段を有する、請求項８又は９に記載のシステム。
11. 前記画像分析手段は、眼球を１つの標的から別の標的に動かす際の前記頭の回転状態を判定することができ、前記システムは、頭の回転運動及び前記カメラに対する前記標的の位置に関する情報並びに眼球運動に関するデータを推定し、それにより前記眼球運動中における前記人の頭の運動と眼球運動との間の分布状態を得るための計算手段を有する、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載のシステム。
12. 前記画像分析手段及び前記計算手段は、前記人が標的を見ているときに前記データを静的に作成することができる、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記画像分析手段及び前記計算手段は、前記人が眼球運動を変化させている間、前記データを動的に作成することができる、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記画像分析手段及び前記計算手段は、前記人が眼球を標的の方に動かすようになると、前記データを動的に作成することができる、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記システムは、同一の状況で測定された前記付属器具の幾つかの位置の平均を計算する手段を有する、請求項１２〜１４のうちいずれか一に記載のシステム。
16. 前記画像分析手段は、前記人の頭の基準位置を定めることも可能であり、前記基準位置では、前記付属器具は、前記カメラの前記視線に平行な垂直平面に関して全体として対称の位置を取る、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載のシステム。
17. 前記付属器具の前記目視基準マークは、明確に定められた色の局所領域であり、前記画像分析手段は、比色フィルタリング手段を含む、請求項１〜１６のうちいずれか一に記載のシステム。

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